Программа дисциплины ДПП. Ф.03.1 Материаловедение и технологии производства материалов (стр. 10 )

Для эксперимента необходимо иметь:

4 канцелярские скрепки (проволока из малоуглеродистой стали (сплав Fe – 0.1 вес. % С)) копию рис. 1.

  Порядок выполнения эксперимента:

Используя рис. 1 установите скрепку в вертикальной плоскости вдоль горизонтальной оси  (угол = 00) таким образом, чтобы середина скрепки совпала с центром (началом координат). Изогните скрепку посередине на определенный угол сначала в одну строну (вверх), затем на тот же угол в другую сторону (вниз). Повторяя эту операцию, определите число циклов изгиба N до разрушения скрепки. Один цикл изгиба (N=1) определяется следующим образом. Для примера изогните скрепку вверх на 450, далее вниз на – 450, затем в обратную строну до нуля. Это и есть N=1. Проделайте такую же процедуру на отдельных скрепках для каждого из 4-х углов, указанных на рис.1. Занесите полученные данные в табл.1. По этим данным постройте зависимость угла изгиба от числа циклов до разрушения. Примерный вид такой зависимости показан на рис.2. Очевидно, что чем больше угол изгиба, тем больше изгибающее напряжение. Т. о., угол изгиба определяет приложенное напряжение. 

Рис. 1. Карта - схема с указанием углов изгиба скрепки. Таблица 1. Результаты измерений  Угол изгиба (град.) Число циклов до разрушения 90 ? 45 ? 20 ? 10 ?

Угол   изгиба (град.)	Рис. 2. Примерный вид зависимости угла изгиба от числа циклов до разрушения скрепки.
Число циклов до разрушения (N)

  Видно, что с ростом числа циклов угол изгиба (и, соответственно, изгибающее напряжение) уменьшается. Т. о., полученная зависимость качественно описывает кривую усталости данного материала при изгибе.

Задание 2. Влияние пластической деформации и последующего отжига на структуру и свойства металла.

Перед выполнением задания необходимо повторить соответствующие темы раздела 3.

Проделайте самостоятельно следующий эксперимент

Приготовьте как минимум два одинаковых куска медной проволоки (или шины для заземления) диаметром (толщиной) 2-4 мм и длиной 8- 10 см в качестве заготовок. Обычно проволока или шина в состоянии поставки имеет небольшую пластичность и ее довольно трудно изогнуть в кольцо без инструмента. Это связано с тем, что в процессе волочения произошел наклеп, т. е. деформационное упрочнение меди.  Используя молоток и наковальню, придайте обеим заготовкам одинаковую форму пластинки прямоугольного сечения. При этом степень обжатия (отношение толщины образца до и после ковки) не должно превышать 2. Попытайтесь согнуть и разогнуть первую пластинку под прямым углом. Вы обнаружите, что изгиб затруднен, и пластинка быстро ломается. Это объясняется малой пластичностью наклепанной меди, т. е. медь после сильной пластической деформации (ковки) стала хрупкой. Подсчитайте число циклов нагружения до излома.  Отожгите вторую наклепанную пластинку (можно только посередине) над пламенем горелки в течение нескольких минут. Учтите, что в результате отжига пластичность должна заметно увеличиться. Согните и разогните пластинку отожженную пластинку несколько раз посередине под прямым углом.  Вы обнаружите, что, во-первых, изгиб требует намного меньших усилий, во-вторых, с ростом циклов нагружения изгибать пластинку все труднее.  Через определенное число циклов нагружения произойдет излом пластинки, т. к. металл теряет пластичность, т. е. становится хрупким. Подсчитайте число циклов до разрушения и сравните с первой пластинкой. Проделайте со отожженной пластинкой ту же процедуру, что и первой. Ответьте письменно на следующие вопросы:

Почему  нельзя упрочнять металл наклепом бесконечно? Почему нельзя прокатать массивный брусок в очень тонкий лист за один проход? Опишите, как изменяются структура и свойства предварительно деформированного металла в процесс отжига. 

Задание 3. Термообработка стали. 

Перед выполнением задачи нужно повторить соответствующие темы раздела 6.

Приготовьте следующие материалы и инструменты:

стакан воды как минимум 4 обычных (детских) булавки (без покрытия) газовую горелку (можно использовать  зажигалку) плоскогубцы или пинцет, для того, чтобы держать булавку,  не обжигая пальцы над пламенем горелки

Возьмите пинцетом булавку за один конец и поместите место изгиба (кольцо) над  пламенем горелки. Нагрейте это место до красного каления (830-900 0C). После нагрева положите булавку на любую невозгораемую (металлическую) поверхность для охлаждения. После полного охлаждения возьмите булавку за оба конца и попробуйте их сомкнуть вместе, а затем разогнуть. Что вы обнаружите? Результат запишите. Возьмите вторую булавку и также нагрейте  место изгиба до красного каления. Затем быстро вытащите булавку из пламени и погрузите ее в стакан с водой для быстрого охлаждения. После этого попытайтесь снова согнуть и разогнуть булавку.  Что вы обнаружите? Результат запишите. Нагрейте третью булавку до красного каления и затем  быстро погрузите ее в стакан с водой. После этого осторожно нагрейте булавку повторно, но не до красного каления, а до тех пор, пока на поверхности не появится светло-синий налет (цвет побежалости) (~ 320 0C); далее медленно охладите булавку. Как будет вести себя булавка при изгибе на этот раз? Результат запишите. После испытания каждой  булавки сравните их механические свойства со свойствами четвертой (контрольной) булавки, которая не подвергалась нагреву. Опишите последовательно результаты, полученные Вами  при изучении влияния температуры нагрева и скорости охлаждения на механические свойства стали. Используя учебник по материаловедению (раздел,,Термообработка сталей»), объясните полученные результаты письменно. Отчет, помимо описания результатов, должен содержать ответы на следующие вопросы:

из какого сплава изготовлена булавка? Каков примерный химический состав этого сплава? виды термообработки сталей и их назначение (отжиг, закалка, отпуск) характерные режимы различных видов термообработки  сталей: температура, время выдержки,  скорость  охлаждения.